Rozwiązanie projektowe zapewniające kompatybilność elektromagnetyczną dla zasilaczy impulsowych wysokiej częstotliwości
Jeśli problem zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) samego zasilacza impulsowego wysokiej częstotliwości nie zostanie odpowiednio rozwiązany, nie tylko łatwo spowoduje to zanieczyszczenie sieci energetycznej i bezpośrednio wpłynie na normalne działanie innego sprzętu elektrycznego, ale także łatwo spowoduje zanieczyszczenie elektromagnetyczne w przestrzeń, powodując wysoki problem kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) zasilaczy z przełączaniem częstotliwości. W artykule skupiono się na analizie zaburzeń elektromagnetycznych przekraczających standardowy problem modułu zasilacza impulsowego wysokiej częstotliwości o mocy 1200 W (24 V/50 A) stosowanego w tablicach zasilania sygnalizacji kolejowej i zaproponowano działania usprawniające.
Zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez zasilacz impulsowy wysokiej częstotliwości można podzielić na dwie kategorie: zakłócenia przewodzone i zakłócenia radiacyjne. Przeprowadzane nękanie transmitowane jest poprzez zasilacz prądu przemiennego o częstotliwości poniżej 30 MHz; molestowanie promieniowane rozprzestrzenia się w przestrzeni kosmicznej z częstotliwością od 30 do 1000 MHz.
Analiza źródeł zaburzeń elektromagnetycznych zasilaczy impulsowych wysokiej częstotliwości
Prostownik i lampa mocy Q1 w obwodzie, lampy mocy Q2~Q5 w obwodzie z rysunku 1b, transformator wysokiej częstotliwości T1 i wyjściowe diody prostownicze D1~D2 są głównymi źródłami zakłóceń elektromagnetycznych, gdy wysokie napięcie Zasilacz przełączający częstotliwość działa. Dokładnie przeanalizuj jak poniżej.
Harmoniczne wyższego rzędu generowane podczas procesu prostowania prostownika będą powodować zaburzenia przewodzenia i zakłócenia promieniowania wzdłuż linii elektroenergetycznej.
Lampa mocy przełączającej działa w stanie włączania i wyłączania wysokiej częstotliwości. Aby zmniejszyć straty przełączania oraz poprawić gęstość mocy i ogólną wydajność, lampa przełączająca włącza się i wyłącza coraz szybciej, zwykle w ciągu kilku mikrosekund. Włączanie i wyłączanie przy takiej prędkości powoduje powstanie napięcia udarowego i prądu udarowego, które generują harmoniczne o wysokiej częstotliwości i szczytowych wartościach napięcia, powodując zakłócenia elektromagnetyczne w przestrzeni i liniach wejściowych prądu przemiennego.
Podczas gdy transformator wysokiej częstotliwości T1 dokonuje konwersji mocy, generuje zmienne pole elektromagnetyczne i emituje fale elektromagnetyczne w przestrzeń, tworząc nękanie radiacyjne. Rozproszona indukcyjność i pojemność transformatora generują oscylacje i są sprzężone z pętlą wejściową prądu przemiennego poprzez rozproszoną pojemność pomiędzy pierwotnym i wtórnym stopniem transformatora, tworząc zakłócenia przewodzące.
Gdy napięcie wyjściowe jest stosunkowo niskie, wyjściowa dioda prostownicza pracuje w stanie przełączania wysokiej częstotliwości, co jest również źródłem zaburzeń elektromagnetycznych.
Ze względu na indukcyjność pasożytniczą ołowiu, pojemność złącza i wpływ prądu zwrotnego, dioda działa przy bardzo wysokich prędkościach zmian napięcia i prądu. Im dłuższy czas powrotu diody do normy, tym większy wpływ prądu szczytowego. , tym silniejszy staje się sygnał zakłócenia, co skutkuje tłumieniem oscylacji o wysokiej częstotliwości, co jest rodzajem zaburzenia przewodzenia w trybie różnicowym.
Wszystkie te generowane sygnały elektromagnetyczne są przesyłane do zewnętrznego źródła zasilania przez metalowe przewody, takie jak linie energetyczne, linie sygnałowe i przewody uziemiające, tworząc zakłócenia przewodzące. Zakłócenia promieniowane są spowodowane sygnałami zakłócającymi promieniującymi przez przewody i urządzenia lub przez połączenia wzajemne, które działają jak anteny.
3. Projekt kompatybilności elektromagnetycznej dla zakłóceń elektromagnetycznych zasilacza impulsowego wysokiej częstotliwości
Dodaj filtr mocy do wejścia zasilacza impulsowego, aby stłumić harmoniczne wyższego rzędu generowane przez zasilacz impulsowy.
Dodanie ferrytowego pierścienia magnetycznego do wejściowych i wyjściowych linii elektroenergetycznych nie tylko tłumi mod wspólny wysokiej częstotliwości w liniach elektroenergetycznych, ale także zmniejsza energię zakłóceń emitowaną przez linie elektroenergetyczne.
Trzymaj linię energetyczną jak najbliżej przewodu uziemiającego, aby zmniejszyć obszar pętli promieniowania w trybie różnicowym; poprowadź oddzielnie wejściową linię zasilania prądem przemiennym i wyjściową linię zasilania prądu stałego, aby zmniejszyć sprzężenie elektromagnetyczne między wejściem i wyjściem; trzymaj linię sygnałową z dala od linii energetycznej i blisko ziemi. Linie powinny być poprowadzone, a linie nie powinny być zbyt długie, aby zmniejszyć obszar pętli pętli; szerokość linii na płytce PCB nie powinna być gwałtowna, stosuj przejścia łukowe w rogach i staraj się nie używać kątów prostych ani ostrych narożników.
Zainstaluj kondensatory odsprzęgające na chipie i lampie przełącznika MOS jak najbliżej pinów zasilania i uziemienia urządzenia, równolegle.
Ze względu na obecność Ldi/dt w przewodzie uziemiającym, płytka PCB i obudowa są połączone pośrednio za pomocą miedzianych słupków. W przypadku tych, które nie nadają się do połączenia ze słupami miedzianymi, należy zastosować grubsze przewody i uziemić je w pobliżu.
Dodaj obwód absorpcyjny RC na obu końcach rurki przełączającej i wyjściową diodę prostowniczą, aby pochłonąć napięcie udarowe.
